개념 한 쪽
센서는 물리적 양을 전기 신호로 바꾸는 장치로, 출력 형태에 따라 전압 변화형과 전류(전하)형으로 나뉜다. 전압형 센서는 압전형·열지전력형·광전형처럼 물리량 변화로 전압을 생성하고, 전리형은 이온화로 발생한 전류를 측정한다. 또한 서보전동기는 제어계에서 실제로 기계를 움직이는 조작기기에 해당한다.
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출제기준 단원 「센서용 검출변환기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압형 센서 판별 | 1 | 전압 출력형 센서와 전류형 센서를 구분하여 비전압형을 고르기 |
| 제어기기 분류 | 1 | 서보전동기를 조작기기로 분류하는지 판단하기 |
| 서보 특성 판단 | 1 | 서보전동기의 관성·시정수와 응답성 관계를 묻기 |
센서는 측정 대상의 물리량을 전기 신호로 변환하는 장치이다. 전압 변화용 센서는 압력·온도·빛 등 특정 물리량이 변할 때 전압이 변하는 원리를 이용하므로 출력이 전압인 점이 특징이다. 대표적으로 압전형은 압력을 가하면 전압이 발생하고, 열지전력형은 온도차에 의해 전압이 생기며, 광전형은 빛의 양에 따라 전압이나 전압 신호를 생성한다.
전리형 검출기는 방사선 등에 의해 기체가 이온화되어 생성된 이온의 전하량, 즉 전류를 측정하는 방식이다. 따라서 전압의 변화가 주된 출력이 아니라 전리 전류의 크기를 다루는 전류형 센서로 분류한다. 전압형 센서와 전류형 센서를 기능적으로 구분하여 출제 문제가 만들어지므로, 전리형을 전압형으로 오인하지 않도록 주의한다.
제어계의 구성 요소로서 서보전동기는 제어 신호에 따라 기계적 위치나 속도를 실제로 움직이는 구동부이다. 즉 서보전동기는 조작기기에 해당하며 증폭기·변환기·검출기와 기능적으로 구분한다. 서보전동기는 정밀한 위치 제어와 빠른 응답이 요구되므로 관성과 시정수가 작아야 유리하다.
기타 관련 개념으로는 전기적 유추가 있다. 기계계의 구동력인 토크는 전기계에서 전압에 대응시켜 생각할 수 있으며, 관성은 인덕턴스, 마찰 계수는 저항, 스프링 상수는 커패시턴스에 대응된다. 이 대응 표를 통해 기계계의 동특성을 전기적 회로로 해석하는 문제가 출제되기도 한다.
문제 유형 예시로, "전압변화용 센서가 아닌 것"을 고르는 문항이 있다. 이때 전리형은 이온화로 발생한 전류를 측정하므로 전압 변화용 센서가 아니고 정답이다. 또 다른 유형으로, "서보전동기가 어떤 제어기기에 속하는가"를 묻는 문제가 있다. 서보전동기는 실제로 기계를 움직이는 실행부이므로 조작기기로 분류하여 선택한다.
전기적 유추 관련 문제에서는 토크가 전압에 대응한다는 대응표를 활용한다. 따라서 토크→전압, 관성→인덕턴스, 마찰→저항 등 기본 매핑을 근거로 정답을 판단한다.
전기식 조절기의 장점이 아닌 것은?
정답 ④ · 전기식 조절기는 신호 전달 속도가 매우 빠르고 지연이 적으며, 선형 특성이 우수하고 다양한 제어 시스템에 적용 가능하다는 장점이 있습니다. 그러나 PID(비례-적분-미분)와 같은 복잡한 연산 동작을 구현하기 위해서는 별도의 전자 증폭기 및 회로망이 추가로 필요하므로, 'PID 동작이 간단히 실현된다'는 설명은 장점으로 보기 어렵습니다.
전기식 조절기는 기계적 관성으로 인해 복잡한 PID 연산이 어렵다.
서보전동기는 다음 중 어느 제어기기에 속하는가?
정답 ④ · 문제는 서보전동기가 자동제어 구성요소 중 어떤 범주에 속하는지 묻고 있다. 서보전동기는 제어 신호에 따라 실제 기계적 위치나 속도를 움직여 목적을 수행하는 최종 실행장치로서 조작기기에 해당한다.
서보전동기는 제어 신호에 따라 기계적 위치나 속도를 움직이는 최종 실행 장치이므로 조작기기에 속한다.
조작기기로 사용되는 서보 전동기의 설명 중 틀린것은?
정답 ② · 문항은 서보 전동기의 설명 중 틀린 것을 찾는 문제로서 서보의 요구조건을 묻고 있다. 서보 시스템은 빠르고 정밀한 응답이 필요하므로 관성과 시정수는 작을수록 좋고 제어범위가 넓으며 특성 변경이 용이해야 한다.
서보 전동기는 정밀 제어를 위해 관성과 시정수가 작아야 하므로, 클수록 좋다는 설명은 틀렸다.
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